Baterie jsou taktovky elektromobility

Bateria jest kluczowym elementem produkcji samochodu elektrycznego. Jest jako źródło energii komponentem, który decyduje zarówno o zasięgu, jak i o kosztach samochodu elektrycznego. Obecne samochody elektryczne opierają się na technologii litowo-jonowej – według ekspertów, jeszcze w przewidywalnej przyszłości nie będą one zastępowalne. 60 do 80 procent wartości systemu baterii jest determinowane przez komórki baterii. Długość życia, bezpieczeństwo, koszty i wydajność baterii litowo-jonowych są więc głównym obszarem badań związanych z elektromobilnością.

Technische Universität Berlin jest partnerem niemieckiej sieci kompetencyjnej baterii litowo-jonowych (KLIB, http://www.klib-org.de/home/), a kilka dziedzin intensywnie zajmuje się różnymi aspektami baterii. Tak więc, dziedzina techniki obsługi i montażu jest częścią dużego, finansowanego przez BMBF, klastru kompetencyjnego do produkcji ogniw baterii „ProZell” (https://www.prozell-cluster.de/). Uroczyste otwarcie drugiej fazy finansowania tego związku badawczego miało miejsce 13./14. listopada 2019 roku na TU Berlin. W klastrze bierze udział 26 instytucji badawczych i uczelni w całych Niemczech na 14 lokalizacjach. Ponad 100 naukowców pracuje nad tematyką produkcji ogniw baterii w dwunastu projektach finansowanych. Celem klastra w ramach koncepcji BMBF „Fabryka badawcza baterii” jest poprawa etapów procesu produkcji ogniw baterii pod kątem wydajności, kosztów i wpływu na środowisko, a także cyfryzacji i recyklingu w celu inteligentnego zamknięcia cykli wartości i materiałów.

Szybsze procesy produkcyjne

„W projekcie TU Berlin „HoLiB – Metody wysokoprzepustowe w produkcji baterii litowo-jonowych” rozwijamy nowatorską metodę wysokiej prędkości. Badamy wiele powiązanych wpływów, aby zrozumieć zależności i zoptymalizować granice procesu,” wyjaśnia kierownik dziedziny prof. dr Franz Dietrich, podkreślając potencjał szybszych i tańszych procesów produkcyjnych dla ekonomicznej i społecznej penetracji wysokowydajnych baterii na rynku światowym.

Żywotność baterii na stanowisku testowym

Prof. dr Julia Kowal zajmuje się modelowaniem elektrycznym, termicznym i żywotnościowym baterii oraz ich charakteryzacją pod kątem wydajności, zachowania termicznego i starzenia się. „W przyszłości będą potrzebne coraz lżejsze i mniejsze baterie, które będą miały większą pojemność, dłuższą żywotność i niższe ceny. Charakterystyka ogniwa baterii, obejmująca jego napięciowe, prądowe i temperaturowe granice, a także projekt systemu, modelowanie, symulacje, diagnostyka i nadzór nad ogniwem są kluczowe dla zwiększenia zasięgu i żywotności pojazdów elektrycznych,” mówi Julia Kowal, kierowniczka dziedziny Technik magazynowania energii elektrycznej na TU Berlin. W ramach projektu współpracy SiCWell z Daimler AG, Solfas GmbH i dwoma innymi dziedzinami TU Berlin, naukowczyni bada na przykład wpływ wysokoczęstotliwościowych przełączników, tworzonych przez tzw. inwertery, na żywotność baterii. „Inwertery to układy składające się z półprzewodnikowych przełączników, które są przełączane z wysoką częstotliwością. Z przejściem na półprzewodniki węglik krzemu (SiC) układy stają się bardziej kompaktowe i wydajne, ale przy wyższej częstotliwości przełączania. Dotychczas nie wiadomo, jaki wpływ ma to na żywotność baterii, i właśnie to badamy w projekcie.”

Wykrywanie defektów w elektrodach

Dziedzina Ceramicznych Materiałów pod kierownictwem prof. dr Aleksandra Gurlo zajmuje się technikami i procesami syntezy elektrod. W tym celu stosuje się specjalne metody, takie jak tzw. Tape Casting i Freeze Casting. Specjalne kompetencje tej dziedziny obejmują przygotowanie i suszenie materiałów do baterii oraz odsysanie próżniowe materiałów elektrodowych. „W aktualnym projekcie badawczym pracujemy nad rozwojem specjalnej metody analizy, aby charakteryzować defekty w elektrodach litowo-jonowych,” mówi Aleksander Gurlo. W innych projektach jego zespół bada zupełnie nowe materiały elektrodowe. „Na przykład nanostrukturalny wolfram disiarczek jest obiecującym materiałem elektrodowym na czas po litowo-jonowych bateriach. W porównaniu z innymi konwencjonalnymi materiałami wykazuje wysoką stabilność elektrochemiczną,” dodaje naukowiec.

Platforma zapewnia przegląd surowców

Prof. dr Vera Rotter, profesor ds. gospodarki obiegowej i technologii recyklingu na TU Berlin, podchodzi do tematu elektromobilności z innej strony: w ramach jej udziału powstała platforma Urban mine w projekcie Horizon 2020 ProSUM: „Na tej interaktywnej, publicznie dostępnej platformie online inwentaryzowane są wszystkie ważne surowce, które w Europie są wykorzystywane np. w bateriach samochodowych, telefonach komórkowych czy innych produktach. Łącznie jest to około 450 milionów ton materiału. Ta przeglądowa lista umożliwia producentom, firmom recyklingowym, związkom czy politykom rozpoznanie, które surowce obecnie lub w przyszłości pojawią się lub będą oczekiwane w Europie. Dzięki temu firmy recyklingowe mogą lepiej planować przyszłe strumienie odpadów, a przedsiębiorcy wiedzą, gdzie w Europie można nabyć określone recyklingowane surowce, aby unikać środowiskowo obciążającej produkcji pierwotnej,” wyjaśnia profesor.

Chętnie udzielimy dalszych informacji:

Prof. dr.-ing. Franz Dietrich
TU Berlin
Dziedzina techniki obsługi i montażu
Tel.: 030/314-22014
E-mail: f.dietrich@tu-berlin.de

Prof. dr.-ing. Julia Kowal
TU Berlin
Dziedzina Technik magazynowania energii elektrycznej
Tel.: 030/314-25394
E-mail: julia.kowal@tu-berlin.de

Prof. dr Aleksander Gurlo
TU Berlin
Dziedzina: Ceramiczne Materiały
Tel.: 030/314-23425
E-mail: gurlo@ceramics.tu-berlin.de

Prof. dr.-ing. Vera Rotter
TU Berlin
Dziedzina: Gospodarka obiegowa i technologia recyklingu
Tel.: 030/314-28512
E-mail: vera.rotter@tu-berlin.de